VOITH. Voith-SHL-Getriebe Stufenloses Hydrostatisches Leistungsverzweigungsgetriebe for Linienbusse. lu -

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Kerstin Beyer
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1 VOITH lu - Voith-SHL-Getriebe Stufenloses Hydrostatisches Leistungsverzweigungsgetriebe for Linienbusse. Forschungsvorhaben, gefi:irdert durch das Bundesministerium for Forschung und Entwicklung und der Senatsverwaltung forwissenschaft und Forschung, Berlin. Beteiligte Firmen: BVG Berliner Verkehrs-Betriebe MAN Nutzfahrzeuge SNV Studiengesellschaft for Nahverkehr mbh, Berlin VOITH Antriebstechnik Nutzfahrzeuge

2 Grundprinzip Das SHL-Getriebe ist ein stufenlos arbeitendes Getriebe mit Leistungsverzweigung. Die stufenlose Anderung der Ubersetzung zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang wird durch kontinuierlich verstellbare Schluck- und Fórdervolumina zweier hydrostatisch miteinander gekoppelter Hydroeinheiten erreicht (Hydrostatischer Leistungszweig). Die Hydroeinheiten sind wiederum mechanisch mit einem vierwelligen Planetendifferential verbunden (Mechanischer Leistungszweig). Fahrbereiche 2. F =Zugkraft F8 = Bremskraft V = Fahrgeschwindigkeit 3. tu.. Das Voith-SHL-Getriebe bietet drei Fahrbereiche. Im ersten Bereich betraqt der hydrostatische Anteil im Anfahrpunkt 100 % und am Ende O%, im zweiten Bereich zwischen Ound 25 %, im dritten zwischen O und 27 %. Die Anfahrwandlung betraqt 5,95, die Gesamtwandlung 15, d.h. Anfahrwandlung durch Wandlung bei Maximalgeschwindigkeit. Im Bremsbereich arbeiten beide Hydroeinheiten ais Pumpen und wirken somit ais hydrostatischer Retarder. Der hydrostatische Retarder ist bis annahernd zum Stillstand wirksam, die Bremskraft ist unabhanqiq von der Fahrgeschwindigkeit und stufenlos regelbar. Die kinetische Energie des Fahrzeuges wird im hydrostatischen Kreislauf in Warme umgesetzt und uber einen Warmetauscher an die Fahrzeuqkuhlanlaqe abgefuhrt. o o r-----~ ~----~ Fahren Leistungsverzweigung mit Hydrostat H1 (Pumpe) und Hydrostat H2 (Motor) im. Retarderfunktion mit Hydrostat H1 und H2 ais Pumpe. Bremsen L- ~~ ~ L- ~O 3

3 Aufbau nach Schnittbild Ein Torsionsschwingungsdampfer (1) mindert zwischen Motor und Getriebe Drehschwingungen. Die Schmier- und die Speisepumpe werden von der Antriebswelle (2) Ober Zahnrader angetrieben. Antriebswelle (2) und Abtriebswelle (3) sind koaxial angeordnet. Ober das Zahnrad (10) am AuBenkranz und Zahnrad (11) erfolgt der Antrieb der Hydroeinheit H1. Die Lamellenbremse (17) zwischen Au Benkranz und Getriebegehause dient zur Synchronisierung der Klauenkupplung for die Hydroeinheit H2. Die Hydroeinheit H2 ist im ersten Fahrbereich Ober die Zahnrader (14) und (13), die Klauenkupplung (12) und die Welle (19) an den Getriebeabtrieb gekoppelt. Im 2. und 3. Fahrbereich ist die Hydroeinheit Ober die Welle (19), die Klauenkupplung (12) und das Zahnradvorgelege (15, 16) an das kleine Sonnenrad (5) gekoppelt. 1 Torsionsschwingungsdampter 2 Antriebswelle 3 Abtriebswelle 4 Grof3es Sonnenrad 5 Kleines Sonnenrad 6 Planetentrager 7 Kleines Planetenrad 8 Grof3es Planetenrad 9 Auf3enkranz 10 Zahnrad am Auf3enkranz H1 Vorgelege 11 Zahnrad H1- Vorgelege 12 Klauenkupplung H2-Welle 13 Zahnrad aut H2-Welle, H2-Vorgelege 14 Zahnrad aut Abtriebswelle H2- Vorgelege 15 Zahnrad 16 Zahnrad aut kleinem Sonnenrad H2- Vorgelege 2. und 3. Fahrbereich 17 Lamellenbremse 18 Hochdrucksteuerblock 19 H2-Welle Antriebsschema ( ) Motor 2 15 (===)

4 11 14 H H2 5

5 Wirkungsweise Leerlauf - Neutralstellung Keine Reaktionsmomente, keine Leistungsaufnahme. Erster Fahrbereich Hydroeinheit H2 (Motor) voll ausgeschwenkt (25 ) Hydroeinheit H1 (Pumpe) schwenkt langsam von 0 bis 25. Oas entstehende Reaktionsmoment wirkt direkt auf die Abtriebswelle. Gleichzeitig wird die hydrostatische Leistung aus der Hydroeinheit H1 der ais Motor arbeitenden Hydroeinheit H2 zugefohrt und Ober das Zahnradvorgelege auf die Abtriebswelle geleitet. Umschalten vom ersten in den zweiten Fahrbereich Hat die Hydroeinheit H1 ihren maxi malen Schwenkwinkel erreicht, so schwenkt die Hydroeinheit H2 auf 0 zurock. Oie Hydroeinheit H1 kommt somit fast zum Stillstand. Mit der Lamellenbremse wird ein eindeutiger Synchronzustand zwischen der H2- Welle und dem Vorgelegeraderzeugt zur Schaltung der Klauenkupplung (K) von Stellung 1 nach Stellung 2. Oie Hydroeinheit ist jetzt an das kleine Planetenrad des Planetengetriebes gekoppelt. Gleichzeitig wird durch umschalten der Ventile im Hochdrucksteuerblock die Anstromungsrichtung der Hydroeinheiten H1 und H2 gewechselt. Zweiter Fahrbereich Oie Hydroeinheit H2 schwenkt aus und arbeitet ais Pumpe und treibt somit die Hydroeinheit H1 ano Oie Abtriebswelle wird beschleunigt, die hydrostatisch Obertragene Leistung nimmt zu (bis ca. 25 %). 1st die Hydroeinheit H2 voll ausgeschwenkt, so geht die Hydroeinheit H1 auf 0 zurock. Oie Einheit H2 steht nahezu still. Oie KraftObertragung ist jetzt fast rein mechanisch. Dritter Fahrbereich Beim Ubergang vom zweiten in den dritten Fahrbereich werden bei Volumenstrom O die Ventile im Hochdruckblock umgesteuert und damit die Ausstrórnunqsrichtung der Hydroeinheiten H1 und H2 ge- 2. Fahrbereich 3. Fahrbereich H2 H 1 6

6 wechselt. Die Hydroeinheit H1 wechselt von Motor- auf Pumpbetrieb, die Hydroeinheit H2 wechselt von Pump- auf Motorbetrieb und andert somit die Drehrichtung. Der dritte Fahrbereich ist wirtschaftlich nutzbar bis zum Drehzahlverhaltnis njn1 = 1,6. Der hydrostatisch Obertragene Leistungsanteil betraqt hier 27 % und der Schwenkwinkel von H2 ca. 7. Bremsbereich (Hydrostatischer Retarder) Bis etwa 23 % der maximalen Fahrgeschwindigkeit arbeiten beide Hydroeinheiten ais Pumpen gegen ein Uberdruckventil. Die Einheit H1 schwenkt abhanqiq vom Bremspedalweg bis 25 % aus. Die Einheit H2 regelt wahrend des Bremsvorganges die Motordrehzahl auf konstant 70 % der maximalen Motordrehzahl. Das Bremsmoment hat unabhangig von der Fahrgeschwindigkeit einen Iinearen Verlauf. Ruckwartsfahrbereich Wie im ersten Fahrbereich ist die Hydroeinheit H2 voll ausgeschwenkt und mit der Abtriebswelle gekoppelt. Durch Umschalten der Ventile im Hochdrucksteuerblock wird die Anstromungsrichtung der Hydroeinheit H2 gewechselt, damit wird beim Anschwenken der Einheit H1 die Abtriebswelle in ROckwartsdrehrichtung angetrieben. ZusammengefaBt die Merkmale des SHL-Antriebssystems - Fahren und Bremsen mit einem hydrostatischen Kreislauf. - Stufenlose Drehzahl- und Drehmomentwandlung. - Ohne Schaltstufen zogige Beschleunigung im gesamten Fahrbereich. - Hohe Zugkraft. - Hoher Wirkungsgrad in allen Fahrbereichen. - Nahezu verschleibfreie Arbeitsweise. - Bremskraft unabhangig von der Fahrgeschwindigkeit. Bremsen t Ruckwartsgang - Beim Bremsen wird die kinetische Energie des Fahrzeuges in Warme umgewandelt und an die FahrzeugkOhlanlage abgefohrt. - Moglichkeit der EnergierOckgewinnung durch Druckspeicher oder Schwungrad. Nutzen fur den Anwender - Systembedingt rund 15% Kraftstoffeinsparung. - Hohere Standzeit der Brernsbelaqe, da bis zu 80 % aller Bremsungen mit der Hydrostatik ausgefohrt werden konnen, - SchaltstoBfreies Beschleunigen und ruckfreies Verzóqern gibt mehr Sicherheit fur die Fahrqaste. H2 H 1 H2 H 1 - Schonung des gesamten Antriebs stranges, da keine Momentspitzen durch Schaltvorqanqe. 7

7 L J. M. Voith GmbH Antriebstechnik Sankt Pbltener StraBe 43 Postfach Heidenheim Telefon (07321) 37-0 Telex vh d Telefax (O73 21) Telegramm: Voithwerk Heidenheimbrenz VOITH UNTERNEHMENSGRUPPE o ;: '"~ so ~ ;;; C)

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